CEO2er en vigtig komponent af sjældne jordmaterialer. DeSjælden jordelement ceriumHar en unik ydre elektronisk struktur - 4F15D16S2. Dets specielle 4F -lag kan effektivt opbevare og frigive elektroner, hvilket får ceriumioner til at opføre sig i+3 Valence State og+4 Valence State. Derfor har CEO2 -materialer flere ilthuller og har fremragende evne til at opbevare og frigive ilt. Den gensidige konvertering af CE (III) og CE (IV) giver også CEO2-materialer med unikke oxidationsreduktionskatalytiske kapaciteter. Sammenlignet med bulkmaterialer har Nano CEO2, som en ny type uorganisk materiale, fået udbredt opmærksomhed på grund af dets høje specifikke overfladeareal, fremragende iltopbevaring og frigørelsesevne, iltions ledningsevne, redox-ydeevne og høj-temperatur hurtig ilt-ledig diffusionsevne. Der er i øjeblikket et stort antal forskningsrapporter og relaterede applikationer, der bruger Nano CEO2 som katalysatorer, katalysatorer eller tilsætningsstoffer, aktive komponenter og adsorbenter.
1. Forberedelsesmetode til nanometerceriumoxid
På nuværende tidspunkt inkluderer de almindelige forberedelsesmetoder til Nano Ceria hovedsageligt kemisk metode og fysisk metode. I henhold til forskellige kemiske metoder kan kemiske metoder opdeles i nedbørsmetode, hydrotermisk metode, solvotermisk metode, solgelmetode, mikroemulsionsmetode og elektrodepositionsmetode; Den fysiske metode er hovedsageligt slibemetoden.
1.1 Slibningsmetode
Slibemetoden til fremstilling af Nano Ceria bruger generelt sandslibning, som har fordelene ved lave omkostninger, miljøvenlighed, hurtig behandlingshastighed og stærk behandlingsevne. Det er i øjeblikket den vigtigste behandlingsmetode i Nano Ceria -branchen. For eksempel vedtager fremstillingen af nano ceriumoxidpoleringspulver generelt en kombination af kalcinering og sandslibning, og råmaterialerne i ceriumbaserede denitrationskatalysatorer blandes også til forbehandling eller behandles efter kalcinering ved anvendelse af sandslibning. Ved at bruge forskellige partikelstørrelsesandslibningsperleforhold kan nano ceria med D50, der spænder fra ti til hundreder af nanometer, opnås gennem justering.
1.2 Nedbørsmetode
Nedbørsmetoden henviser til metoden til fremstilling af fast pulver ved nedbør, adskillelse, vask, tørring og kalcinering af råvarer opløst i passende opløsningsmidler. Nedbørsmetoden er vidt anvendt til fremstilling af sjældne jord og dopede nanomaterialer med fordele såsom enkel forberedelsesproces, høj effektivitet og lave omkostninger. Det er en almindeligt anvendt metode til fremstilling af Nano Ceria og dets sammensatte materialer i industrien. Denne metode kan fremstille nano ceria med forskellig morfologi og partikelstørrelse ved at ændre nedbørstemperaturen, materialekoncentrationen, pH -værdi, nedbørshastighed, omrøringshastighed, skabelon osv. Almindelige metoder er afhængige af nedbør af ceriumioner fra ammoniak genereret ved urinstofnedbrydning og fremstilling af nano ceria microsperese er kontrolleret af citratiser. Alternativt kan ceriumioner udfældes af OH - genereret fra hydrolyse af natriumcitrat og derefter inkuberes og calcines for at fremstille flager som nano ceria -mikrosfærer.
1.3 Hydrotermiske og solvotermiske metoder
Disse to metoder henviser til metoden til fremstilling af produkter ved høj temperatur og højtryksreaktion ved kritisk temperatur i et lukket system. Når reaktionsopløsningsmidlet er vand, kaldes det hydrotermisk metode. Tilsvarende, når reaktionsopløsningsmidlet er et organisk opløsningsmiddel, kaldes det solvotermisk metode. De syntetiserede nanopartikler har høj renhed, god spredning og ensartede partikler, især nano -pulverne med forskellige morfologier eller udsatte specielle krystalflader. Opløs ceriumchlorid i destilleret vand, omrør og tilsæt natriumhydroxidopløsning. Reager hydrotermisk ved 170 ℃ i 12 timer for at fremstille ceriumoxid -nanoroder med udsatte (111) og (110) krystalfly. Ved at justere reaktionsbetingelserne kan andelen af (110) krystalfly i de eksponerede krystalfly øges, hvilket yderligere forbedrer deres katalytiske aktivitet. Justering af reaktionsopløsningsmidlet og overfladeligander kan også producere nano ceria -partikler med speciel hydrofilicitet eller lipofilicitet. For eksempel kan tilsætning af acetationer til den vandige fase fremstille monodisperse hydrofile ceriumoxid -nanopartikler i vand. Ved at vælge et ikke-polært opløsningsmiddel og indføre oleinsyre som en ligand under reaktionen kan monodisperse lipofile ceria-nanopartikler fremstilles i ikke-polære organiske opløsningsmidler. (Se figur 1)
Figur 1 Monodisperse sfærisk Nano Ceria og stangformet Nano Ceria
1.4 Solgelmetode
Solgelmetoden er en metode, der bruger nogle eller flere forbindelser som forløbere, udfører kemiske reaktioner, såsom hydrolyse i den flydende fase til at danne SOL, og danner derefter gel efter aldring og til sidst drys og calciner for at fremstille ultrafine pulvere. Denne metode er især velegnet til fremstilling af stærkt spredt multikomponent Nano Ceria-sammensatte nanomaterialer, såsom ceriumjern, ceriumtitan, cerium zirconium og andre sammensatte nano-oxider, som er rapporteret i mange rapporter.
1.5 Andre metoder
Ud over ovennævnte metoder er der også mikro-lotionsmetode, mikrobølgesyntesemetode, elektrodepositionsmetode, plasma-flammeforbrændingsmetode, ion-udvekslingsmembranelektrolysemetode og mange andre metoder. Disse metoder har stor betydning for forskning og anvendelse af Nano Ceria.
Anvendelse af 2-nanometer ceriumoxid i vandbehandling
Cerium er det mest rigelige element blandt sjældne jordelementer med lave priser og brede anvendelser. Nanometer Ceria og dets kompositter har tiltrukket sig meget opmærksomhed inden for vandbehandling på grund af deres høje specifikke overfladeareal, højkatalytisk aktivitet og fremragende strukturel stabilitet.
2.1 Anvendelse afNano ceriumoxidi vandbehandling ved adsorptionsmetode
I de senere år, med udviklingen af industrier såsom elektronikindustrien, er en stor mængde spildevand indeholdende forurenende stoffer såsom tungmetalioner og fluorioner blevet udskrevet. Selv ved sporingskoncentrationer kan det forårsage betydelig skade på akvatiske organismer og det menneskelige livsmiljø. Almindeligt anvendte metoder inkluderer oxidation, flotation, omvendt osmose, adsorption, nanofiltrering, biosorption osv. Blandt dem vedtages adsorptionsteknologi ofte på grund af dens enkle drift, lave omkostninger og høj behandlingseffektivitet. Nano CEO2 -materialer har et højt specifikt overfladeareal og høj overfladeaktivitet som adsorbenter, og der har været mange rapporter om syntesen af porøse Nano CEO2 og dets sammensatte materialer med forskellige morfologier til adsorber og fjerner skadelige ioner fra vandet.
Forskning har vist, at Nano Ceria har stærk adsorptionskapacitet for F - i vand under svage sure forhold. I en opløsning med en indledende koncentration af F - på 100 mg/L og pH = 5-6 er adsorptionskapaciteten for F - 23 mg/g, og fjernelseshastigheden for F - er 85,6%. Efter at have belastet den på en polyacrylsyreharpikskugle (belastningsbeløb: 0,25 g/g), kan fjernelsesevnen for F - nå over 99%, når man behandler et lige stort volumen på 100 mg/L F - vandig opløsning; Ved behandling af 120 gange kan lydstyrken mere end 90% af F - fjernes. Når det bruges til at adsorbere phosphat og iodat, kan adsorptionskapaciteten nå over 100 mg/g under den tilsvarende optimale adsorptionstilstand. Det brugte materiale kan genbruges efter simpel desorptions- og neutraliseringsbehandling, som har høje økonomiske fordele.
Der er mange undersøgelser af adsorption og behandling af giftige tungmetaller såsom arsen, krom, cadmium og bly ved hjælp af Nano Ceria og dets sammensatte materialer. Den optimale adsorption PH varierer for tungmetalioner med forskellige valenstilstande. For eksempel har den svage alkaliske tilstand med neutral bias den bedste adsorptionstilstand for AS (III), mens den optimale adsorptionstilstand for AS (V) opnås under svage sure forhold, hvor adsorptionskapaciteten kan nå over 110 mg/g under begge forhold. Generelt kan den optimerede syntese af Nano Ceria og dets sammensatte materialer opnå høj adsorption og fjernelseshastigheder for forskellige tungmetalioner over et bredt pH -område.
On the other hand, cerium oxide based nanomaterials also have outstanding performance in adsorbing organics in wastewater, such as acid orange, rhodamine B, Congo red, etc. For example, in existing reported cases, nano ceria porous spheres prepared by electrochemical methods have high adsorption capacity in the removal of organic dyes, especially in the removal of Congo red, with an adsorption capacity of 942,7 mg/g på 60 minutter.
2.2 Anvendelse af nano ceria i avanceret oxidationsproces
Avanceret oxidationsproces (AOPS for kort) foreslås for at forbedre det eksisterende vandfrit behandlingssystem. Avanceret oxidationsproces, også kendt som dyb oxidationsteknologi, er kendetegnet ved produktion af hydroxylradikal (· OH), superoxidradikal (· O2 -), singlet -ilt osv. Med stærk oxidationsevne. Under reaktionsbetingelserne for høj temperatur og tryk, elektricitet, lyd, lysbestråling, katalysator osv. I henhold til de forskellige måder at generere frie radikaler og reaktionsbetingelser kan de opdeles i fotokemisk oxidation, katalytisk vådoxidation, sonokemioxidation, ozonoxidation, elektrokemisk oxidation, fentonoxidation osv. (Se figur 2).
Figur 2 Klassificering og teknologikombination af avanceret oxidationsproces
Nano Ceriaer en heterogen katalysator, der ofte bruges i avanceret oxidationsproces. På grund af den hurtige omdannelse mellem Ce3+og Ce4+og den hurtige oxidationsreduktionseffekt, der er medført af iltabsorption og frigivelse, har Nano Ceria god katalytisk evne. Når den bruges som en katalysatorpromotor, kan den også effektivt forbedre katalytisk evne og stabilitet. Når Nano Ceria og dets sammensatte materialer bruges som katalysatorer, varierer de katalytiske egenskaber meget med morfologien, partikelstørrelsen og eksponerede krystalplaner, som er nøglefaktorer, der påvirker deres ydeevne og anvendelse. Det antages generelt, at jo mindre partiklerne og jo større er det specifikke overfladeareal, jo mere tilsvarende aktive sted og jo stærkere den katalytiske evne. Den katalytiske evne af den eksponerede krystaloverflade, fra stærk til svag, er i størrelsesordenen (100) krystaloverflade> (110) krystaloverflade> (111) krystaloverflade, og den tilsvarende stabilitet er modsat.
Ceriumoxid er et halvledermateriale. Når nanometer ceriumoxid bestråles af fotoner med energi højere end båndgabet, er valensbåndelektronerne begejstrede, og overgangsrekombinationsadfærden forekommer. Denne opførsel vil fremme konverteringsfrekvensen for Ce3+og Ce4+, hvilket resulterer i stærk fotokatalytisk aktivitet af nano ceria. Fotokatalyse kan opnå direkte nedbrydning af organisk stof uden sekundær forurening, så dens anvendelse er den mest studerede teknologi inden for Nano Ceria i AOPS. På nuværende tidspunkt er hovedfokuset på den katalytiske nedbrydningsbehandling af azo -farvestoffer, phenol, chlorbenzen og farmaceutisk spildevand ved anvendelse af katalysatorer med forskellige morfologier og sammensatte sammensætninger. I henhold til rapporten, under den optimerede katalysatorsyntesemetode og katalytiske modelbetingelser, kan nedbrydningskapaciteten af disse stoffer generelt nå mere end 80%, og fjernelseskapaciteten for det samlede organiske kul (TOC) kan nå mere end 40%.
Nano ceriumoxidkatalyse til nedbrydning af organiske forurenende stoffer, såsom ozon og hydrogenperoxid, er en anden bredt studeret teknologi. I lighed med fotokatalyse fokuserer det også på evnen hos nano ceria med forskellige morfologier eller krystalfly og forskellige ceriumbaserede sammensatte katalytiske oxidanter til at oxidere og nedbryde organiske forurenende stoffer. I sådanne reaktioner kan katalysatorer katalysere genereringen af et stort antal aktive radikaler fra ozon- eller hydrogenperoxid, der angriber organiske forurenende stoffer og opnår mere effektive oxidative nedbrydningsfunktioner. På grund af introduktionen af oxidanter i reaktionen forbedres evnen til at fjerne organiske forbindelser meget. I de fleste reaktioner kan den endelige fjernelseshastighed for målstoffet nå eller nærme sig 100%, og TOC -fjernelseshastigheden er også højere.
I den elektrokatalytiske avancerede oxidationsmetode bestemmer egenskaberne ved anodematerialet med høj iltudviklingsoverpotential selektiviteten af den elektrokatalytiske avancerede oxidationsmetode til behandling af organiske forurenende stoffer. Katodematerialet er en vigtig faktor, der bestemmer produktionen af H2O2, og produktionen af H2O2 bestemmer effektiviteten af den elektrokatalytiske avancerede oxidationsmetode til behandling af organiske forurenende stoffer. Undersøgelsen af elektrodemateriale modifikation ved anvendelse af Nano Ceria har fået udbredt opmærksomhed både indenlandsk og internationalt. Forskere introducerer hovedsageligt nano ceriumoxid og dets sammensatte materialer gennem forskellige kemiske metoder til at modificere forskellige elektrodematerialer, forbedre deres elektrokemiske aktivitet og derved øge elektrokatalytisk aktivitet og endelig fjernelseshastighed.
Mikrobølgeovn og ultralyd er ofte vigtige hjælpemål for de ovennævnte katalytiske modeller. Ved at tage ultralydshjælp som et eksempel ved hjælp af vibrationslydbølger med frekvenser højere end 25 kHz i sekundet genereres millioner af ekstremt små bobler i en opløsning formuleret med et specielt designet rengøringsmiddel. Disse små bobler, under hurtig komprimering og ekspansion, producerer konstant bobleimplosion, hvilket gør det muligt for materialer hurtigt at udveksle og diffundere på katalysatoroverfladen, hvilket ofte eksponentielt forbedrer katalytisk effektivitet.
3 Konklusion
Nano Ceria og dets sammensatte materialer kan effektivt behandle ioner og organiske forurenende stoffer i vand og har et vigtigt anvendelsespotentiale i fremtidige vandbehandlingsfelter. Imidlertid er de fleste undersøgelser stadig i laboratoriefasen, og for at opnå hurtig anvendelse i vandbehandling i fremtiden skal følgende problemer stadig adresseres:
(1) De relativt høje forberedelsesomkostninger for nanoCEO2Baserede materialer er stadig en vigtig faktor i langt de fleste af deres anvendelser i vandbehandling, som stadig er i laboratorieforskningsstadiet. At udforske lave omkostninger, enkle og effektive forberedelsesmetoder, der kan regulere morfologien og størrelsen af Nano CEO2-baserede materialer, er stadig et fokus for forskning.
(2) På grund af den lille partikelstørrelse af Nano CEO2 -baserede materialer er genbrugs- og regenereringsspørgsmål efter brug også vigtige faktorer, der begrænser deres anvendelse. Sammensætningen af det med harpiksmaterialer eller magnetiske materialer vil være en vigtig forskningsretning for dets materialeforberedelse og genbrugsteknologi.
(3) Udviklingen af en fælles proces mellem NANO CEO2 -baseret materialevandsbehandlingsteknologi og traditionel spildevandsbehandlingsteknologi vil i høj grad fremme anvendelsen af NANO CEO2 -baseret materialekatalytisk teknologi inden for vandbehandling.
(4) Der er stadig begrænset forskning på toksiciteten af Nano CEO2 -baserede materialer, og deres miljøadfærd og toksicitetsmekanisme i vandbehandlingssystemer er endnu ikke bestemt. Den faktiske spildevandsbehandlingsproces involverer ofte sameksistensen af flere forurenende stoffer, og de sameksisterende forurenende stoffer vil interagere med hinanden og derved ændre overfladegenskaber og potentiel toksicitet af nanomaterialer. Derfor er der et presserende behov for at udføre mere forskning på relaterede aspekter.
Posttid: Maj-22-2023